在内燃机余热动力回收技术研究中，有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)正受到越来越多的关注。由于缺少膨胀部件结构尺寸和等熵效率随工质和工况变化的数据，现有ORC优化研究中一般将膨胀部件等熵效率指定为不随工质和工况变化的定值，这可能会影响到工质优选和循环参数优化结果的质量。针对这一问题，本文开展了单级径流式汽轮机结构尺寸和等熵效率随工质和工况变化规律的研究，和结合汽轮机等熵效率优化取值的ORC优化方法研究。开展了单级径流式汽轮机一维无量纲热力设计研究，得到了其结构尺寸和等熵效率随工质和工况的变化规律。研究发现：膨胀过程初态工质绝热指数k的数值为1.1-1.5的工质工况范围内，单级径流式汽轮机等熵效率变化规律大体相同，轮缘间隙损失是其变化规律的主要影响因素，动叶子午流道呈现出“粗短”的特征；k值为1.6-2.3的工质工况范围内，等熵效率随k值的增大而降低，子午流道随k值的增大而“细长”化，较高的二次流损失和间隙损失是造成其较低等熵效率的主要原因。在给定冷热源条件下，对基于单级径流式汽轮机的内燃机余热ORC，开展了工质与循环参数优化研究；与将汽轮机等熵效率指定为定值的现有优化方法的不同之处在于，本文优化方法中，始终按本文所给汽轮机等熵效率优化确定方法，随时调整不同工质与工况下的汽轮机等熵效率值。结果表明：本文优化方法下所得工质优序、各工质在最优循环参数下的净输出功率数值等，均与将汽轮机等熵效率指定为0.8的现有优化方法所得结果不同。考虑汽轮机等熵效率随工质与工况的变化，利于保证ORC优化质量和系统部件容量的正确设计。